太阳能热水系统集热性能研究.pdf

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1、DOI：10．3969／j．issn．1672—4011．2014．06．055太阳能热水系统集热性能研究高嵩1，何妍秋1’2，巩学梅1(1．宁波工程学院，浙江宁波315016；2．宁波科捷建筑工程技术服务中心，浙江宁波315016)摘要：通过对太阳能热水工程项目的实地调研，测试比较不同类型集热器太阳能热水系统的集热效率和太阳能保证率，同时比较直接换热和间接换热的集热效率大小，并分析影响集热效率的因素。关键词：平板；真空管；直接换热；间接换热；集热效率；保证率中图分类号：TK519文献标志码：B文章编号：1672—4011(201

2、4】06—0123—020前言随着经济快速发展，能源紧缺和环境问题变得日趋突出。我国正处于房屋建筑的高峰时期，但是大部分属于高能耗建筑。若能把日益增加的建筑能耗减少一半，就可大大减少煤矿、电站等能源设施建设的规模。太阳能作为一种清洁无污染的天然能源，具有很好的应用前景，可以应用于可再生能源建筑，现阶段应用较多的便是太阳能热水与建筑一体化建设。因此，太阳能热水器的集热性能越来越受到生产厂家和消费者的重视⋯。1国内外太阳能热水器集热性能研究现状1．1国外专家学者的研究SamarehB等怛3研究了影响集热器热损失的因素，自然环境因素中主

3、要有风向、风速(综合考虑自热对流、强制对流与混合对流)等。而集热器本身结构以及安装位置对热损失的影响也较大。GreenPE等”’对热管式太阳能集热器进行研究，分析太阳辐照强度、集热板温度及厚度、冷凝管长度等因素对集热效率的影响。DiCe．J．A等一’研究了平板型太阳能集热器阵列排布问题。分析了集热器倾角、间距、方位角对集热器阵列性能的影响，同时计算了集热器阵列在不同纬度和倾角情况下的最佳间距，在计算结果的基础上给出了集热器最佳间距和当地纬度及集热器倾角的函数关系。1．2国内行业专家的研究浦绍选¨1对真空管集热器的管阵列进行优化设计

4、，设计出了多种配合真空管的反射器。徐广强等对当前的太阳能集热产品与建筑物的结合方面出现的问题进行了分析，同时对集热器与建筑物的结合应该注意的事项进行分析，最后系统地介绍了功能性集热器的组成和特点以及与建筑物结合的优势。苏州工业园区天润太阳能热水器厂成功研制了镶嵌在阳台栏杆上的平板一真空管太阳能集热器并申请了专利，实现了太阳能与建筑的有机结合M1。作者简介：高嵩(1992一)，男，江苏宜兴人，在读本科生。通信作者：何妍秋(1988一)，女，浙江湖州人，本科，助理工程师，主要从事建筑节能、可再生能源应用相关工作。2我国太阳能热水器使用

5、存在的问题2．1两种类型市场占有率差别悬殊据统计，在我国太阳能热水器使用中，真空管太阳能集热器因其适用范围较广，价格相对低廉，所占的市场份额要比平板型集热器高得多。2．2玻璃真空管集热器缺点日益暴露由于真空管太阳能集热器长期放置在室外遭损坏的概率极大，其系统承压能力低，还存在冻裂以及受热不均、受冲击炸管的问题。2．3太阳能热水系统设计选择有局限现阶段在高层住宅中使用较多的是太阳能集中热水系统，但随着住宅层数的增加，屋顶户均用于安装太阳能集热器的面积就会相对减少。集热器及管路安装都存在一定的困难，因而高层住宅太阳能热水的利用受到一定

6、的限制。3太阳能热水工程实验分析参照太阳能集热器性能测试及太阳能热水系统研究相关标准规范，结合宁波市太阳能光热系统与建筑一体化示范应用导则，对太阳能热水建筑一体化工程进行检测，并计算分析。3．1计算依据1)集热系统效率。集热器的集热效率可以通过计算流体介质所获得的热量与对应采光面积集热器上的太阳辐照量之比得出。即：Q。，．、可2劢L1，2)太阳能保证率。系统太阳能保证率是指系统中太阳能部分提供的能量与系统需要的总能量之比，不包括项目中未实施太阳能系统的太阳能热水需求量。即：，=茅(2)全年太阳能保证率：厶年：巫旦丛堕坐五(3)J全

7、年一工l+z2+茗3+石4、J，式中／为不同辐照度阶段保证率；茗为对应保证率的天数。3．2不同类型集热器的热效率和保证率测试分别以奉化某住宅小区的阳台壁挂式平板太阳能热水系统和北仑某小区真空管太阳能热水器为例进行计算。3．Z1平板式1)集热系统效率。测试时间内系统有效得热量为Qc=15．96MJ，太阳辐照量日=8．13MJ／m2，太阳能集热器采光面积A=2．31,112，测得该系统集热效率为：’，2荔285％垫墨≥堡堑墅笾塞缝垫丝堂堡量鲎盔盛2)太阳能保证率。计算得到工=41．83％Z=71．97％以=96．97％■=100％，则

8、全年太阳能保证率为：厶。：堑二垡二堑立堑：74．02％，厶忙一一·⋯茗l+戈2+菇3+髫43．2．2真空管式抽取其中4户进行检测计算。1)集热系统效率：叼l=43．6％，叩2=44．1％，仉=44．9％，7／4=50．9％2)太阳能保证率：^=44